JP4472092B2 - 誘導同期型リラクタンスモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導同期で始動可能なリラクタンス型同期回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
突極型の多層スリット穴にアルミをダイキャストした誘導同期型のリラクタンスモータでは、効率・力率の改善のために多層スリット構造でかつ、外周部付近においてスリット穴の最外周位置と回転子外径との距離（以下、スリットブリッジ幅という）を細幅化することが求められる。
【０００３】
しかし、スリットブリッジ部を細幅化すると、遠心力によってスリットブリッジ部に応力が加わり、回転数（速度）の上昇と共に回転子が破壊する。あるいは回転数が上昇したときただちに破壊せずとも、起動・停止を繰り返すことによっては疲労破壊する場合がある。
【０００４】
このような課題を解決する例としては、特開平１１−１４６６１５号公報に記載のように誘導同期型のリラクタンスモータでは２次導体がスリット穴を貫通するのでこれとエンドリングを併せて補強部材として利用することが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来の方法ではエンドリング部や２次導体の熱膨張に対する配慮がなされていない。このため誘導電動機などで一般的に用いられているアルミダイキャストなどで２次導体を形成すると、アルミ材料と積層鋼板との熱膨張率の差からくる熱疲労サイクルによってスリットブリッジ部、特にエンドリング部付近の積層磁性鋼板に加わる熱応力が大きく、スリットブリッジ部が破壊する場合がある。
【０００６】
また、モータ軸長が長い場合には、２次導体自体も遠心力によって太鼓状に脹らみ、積層鋼板の保持に十分な強度を確保できず、大型機や高速機などでは遠心力が大きくなると、回転子の軸中心部の強度が不足する。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、２次導体を鉄よりもアルミなどの熱膨張率の大きな金属でダイキャストしても熱応力に耐え、また高速で回転した場合でも遠心力に耐える堅牢な回転子を有する誘導同期型リラクタンスモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の誘導同期型リラクタンスモータは、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子と、
該固定子の極数と同数組の逆円弧状の４層以上の多層スリット穴を施し、かつ該多層スリット穴の各層の回転子最外周部において形成されたブリッジ部が細幅化された薄板磁性鋼板を積層して磁気突極性を形成した磁性コアスタックで構成される回転子と、
該積層コアスタックの両端部に前記磁性コアスタックの薄板磁性鋼板より拡幅化したスリットブリッジ部を有し、かつ薄板磁性鋼板の各多層スリット部と軸方向に貫通する穴部を有する非磁性強度部材を配置し
さらに、アルミダイキャストによって多層スリット部にアルミを充填して作成されかつ、多層スリット部の一体に形成された軸端部の環状のエンドリングからなる２次導体と、 を有する構成において、前記非磁性強度部材の配置が軸方向に対して該積層コアスタック、と環状のエンドリングの間に挟み込まれた位置に配置されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
実施の形態１.
図１は本発明の実施の形態１にかかる誘導同期型リラクタンスモータの回転子の積層の構成を示す斜視図である。１は薄板磁性鋼板５（電磁鋼板）を積層した磁性コアスタック、２は該コアスタックの軸両端部に配置した非磁性の強度部材で、３はアルミニウムなどのダイキャストによって１、２を貫通する２次導体と一体成形されたエンドリングである。また、４は回転子の軸である。誘導同期型リラクタンスモータでは、図１に示すコアスタックが、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子内で回転する。
【００１２】
ここで、コアスタック１を成す薄板の磁性鋼板５の断面図を図２（ａ）に示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図である。図２（ａ）において、７はフラックスバリアとなるスリット、８はスリットの両端部の薄肉部であるスリットブリッジ部である。図２（ａ）に示すように、磁性鋼板５には固定子の極数と同数組の、外周円に対して逆円弧形状の多層スリットを形成し、磁気突極性を形成する。図２（ｂ）中のδで示すスリットブリッジ部の幅は、板厚とほぼ同程度以下にまで薄幅化することにより回転子の突極性を確保し、効率、力率の高い回転子を得ている。
【００１３】
非磁性材強度部材２の断面図を図３に示す。図示するように各多相スリットを分割する補強部を設けるとともにスリットブリッジ部を拡幅化している。したがって遠心力や熱応力に対して強度が増している。具体的な非磁性強度部材としてはオーステナイト系のＳＵＳ例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１などの薄板材を積層して用いる。ＳＵＳ材は一般的な電磁鋼板よりも引っ張りに対して高い強度を有するために、材料面でも強度が増している。また、アルミニウムに比べて熱膨張率が電磁鋼板に近いので、電磁鋼板とのあいだでの熱応力の発生が小さく、アルミニウムの熱変形が電磁鋼板に及ぼす熱応力を吸収することができる。また、ＳＵＳ材の薄板材を積層せずとも一体化したブロックなどで作成しても同様の効果が得られる。
【００１４】
また、非磁性の強度部材２には薄板磁性鋼板５の多層スリットと軸方向に貫通する位置にスリットを設けている。特に内周部の大きな断面積を有するスリットに対してもほぼ同等の面積をもたせているので、薄板磁性鋼板５を積層したコアスタックの軸端に本材料２を挟み込んでダイキャストした場合でも、ダイキャストによるアルミニウムの流動の圧力で強度部材２が破損したり、ダイキャストが不十分で２次導体の形成が不完全になることを防ぐことが出来る。
【００１５】
このように配置した非磁性強度部材２はエンドリング部３が熱膨張した場合でも熱応力に抗してエンドリングを保持するので、薄板磁性鋼板５のスリットブリッジ部が変形することを防ぐことが出来る。また強度部材は非磁性材料であるために軸端に配置しても漏れ磁路を形成することがなく、リラクタンスモータの性能を低下させることがない。特に図１に示すように、回転子内周付近までアルミエンドリング部を設けるとともに、コアスタックのスリット部全てにアルミを充填すると、遠心力に対して強固な構造を得ることが出来る。しかし一方で、エンドリングによって生じる熱応力もこれに応じて増大する。しかしこの場合でもエンドリング部の熱応力を保持する非磁性強度部材２があるために、熱応力を抑制することができる。したがって熱応力、遠心力双方に対しても強度を満足した誘導同期型リラクタンスモータ用の回転子を得ることが出来る。
【００１６】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２にかかる誘導同期型リラクタンスモータの回転子の側面からみた積層の構成を示している。軸端部の構成は、前述の実施の形態１に示す図１と同様である。
【００１７】
本発明では、さらに高速機や大型機などで回転により２次導体が太鼓状に脹らむ場合に対する補強の方法を示す。図４に示すように、軸中央部における非磁性強度部材６を配置する。本強度部材６の断面形状は軸端の非磁性強度部材２と同様であるが、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１などの非磁性薄板材で作成する。そして、非磁性強度部材６を薄板磁性鋼板５と交互に積層して配置する。
【００１８】
軸中央部の非磁性強度部材６を薄板磁性鋼板５と交互に積層して分散配置するのは、非磁性強度部材６に発生する渦電流損を小さくするためである。この際に、磁性コアスタック１を形成する薄板磁性鋼板５の両面に絶縁処理が施された電磁鋼板を用いることにより、絶縁処理が施されていない非磁性強度部材６を間に挟み込んだ場合でも積層による渦電流を薄板磁性鋼板５の絶縁材が防ぐために、固定子スロット高調波などの高調波磁束による渦電流損失を防ぐことができる。
【００１９】
もちろん、図４に示す軸端の非磁性強度部材２と軸中央部の非磁性強度部材６が同一の材料から構成されていても良い。例えば、軸端には図３の断面形状を有する厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４材を６枚積層して厚さ３ｍｍの非磁性強度部材２とし、軸中央部には、強度部材６としておなじく厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４材を薄板磁性鋼板５と交互に４〜５枚挟み込み、積層して作成する。この場合には、同一部材で軸中央部の非磁性強度部材６と軸端部の非磁性強度部材２を得ることが出来るために、部品の共用化が計れ、プレス打ち抜きなどでこれを作成するときには金型の数を減らすことができるために量産性に優れた安価な回転子を得ることが出来る。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項１にかかわる誘導同期型リラクタンスモータによれば、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子と、該固定子の極数と同数組の逆円弧状の４層以上の多層スリット穴を施し、かつ該多層スリット穴の各層の回転子最外周部において形成されたブリッジ部が細幅化された薄板磁性鋼板を積層して磁気突極性を形成した磁性コアスタックで構成される回転子に該コアスタックの薄板磁性鋼板より拡幅化したブリッジ部を有し、かつ薄板磁性鋼板の各多層スリット部と軸方向に貫通する穴部を有する非磁性強度部材を該積層コアスタックの両端に積層配置した後に、アルミダイキャストによって多層スリット部にアルミを充填するとともに軸端部には環状のエンドリングを同時に一体成形した２次導体を有する手段を設けている。
【００２２】
したがって、エンドリング部の熱応力を非磁性強度部材で保持して、薄板磁性鋼板のスリットブリッジ部の熱応力による破壊を防ぐとともに遠心力に対しては、非磁性強度部材がダイキャストされた２次導体とともに、かご状の補強部材となるために、コアスタックの遠心力による膨張を抑制することができ、堅牢な誘導同期型リラクタンスモータ用の回転子を得ることができる。
【００２４】
また薄板状の非磁性強度部材を絶縁された薄板電磁鋼板と交互に積層しているので、渦電流による損失も抑制することができ、堅牢で損失の少ない誘導同期型リラクタンスモータの回転子を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかわるリラクタンスモータの回転子の構成を示す斜視図である。
【図２】 磁性コアスタック１を形成する薄板磁性鋼板５の断面図である。
【図３】 非磁性強度部材２の断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２にかかわるリラクタンスモータの回転子の構成を示す側面図である
【符号の説明】
１ 磁性コアスタック、２ 非磁性強度部材、３ エンドリング、４ 軸、
５ 薄板磁性鋼板、６ 非磁性強度部材、７ スリット、８ スリットブリッジ部。
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導同期で始動可能なリラクタンス型同期回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
突極型の多層スリット穴にアルミをダイキャストした誘導同期型のリラクタンスモータでは、効率・力率の改善のために多層スリット構造でかつ、外周部付近においてスリット穴の最外周位置と回転子外径との距離（以下、スリットブリッジ幅という）を細幅化することが求められる。
【０００３】
しかし、スリットブリッジ部を細幅化すると、遠心力によってスリットブリッジ部に応力が加わり、回転数（速度）の上昇と共に回転子が破壊する。あるいは回転数が上昇したときただちに破壊せずとも、起動・停止を繰り返すことによっては疲労破壊する場合がある。
【０００４】
このような課題を解決する例としては、特開平１１−１４６６１５号公報に記載のように誘導同期型のリラクタンスモータでは２次導体がスリット穴を貫通するのでこれとエンドリングを併せて補強部材として利用することが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来の方法ではエンドリング部や２次導体の熱膨張に対する配慮がなされていない。このため誘導電動機などで一般的に用いられているアルミダイキャストなどで２次導体を形成すると、アルミ材料と積層鋼板との熱膨張率の差からくる熱疲労サイクルによってスリットブリッジ部、特にエンドリング部付近の積層磁性鋼板に加わる熱応力が大きく、スリットブリッジ部が破壊する場合がある。
【０００６】
また、モータ軸長が長い場合には、２次導体自体も遠心力によって太鼓状に脹らみ、積層鋼板の保持に十分な強度を確保できず、大型機や高速機などでは遠心力が大きくなると、回転子の軸中心部の強度が不足する。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、２次導体を鉄よりもアルミなどの熱膨張率の大きな金属でダイキャストしても熱応力に耐え、また高速で回転した場合でも遠心力に耐える堅牢な回転子を有する誘導同期型リラクタンスモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の誘導同期型リラクタンスモータは、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子と、
該固定子の極数と同数組の逆円弧状の４層以上の多層スリット穴を施し、かつ該多層スリット穴の各層の回転子最外周部において形成されたブリッジ部が細幅化された薄板磁性鋼板を積層して磁気突極性を形成した磁性コアスタックで構成される回転子と、
該積層コアスタックの両端部に前記磁性コアスタックの薄板磁性鋼板より拡幅化したスリットブリッジ部を有し、かつ薄板磁性鋼板の各多層スリット部と軸方向に貫通する穴部を有する非磁性強度部材を配置し
さらに、アルミダイキャストによって多層スリット部にアルミを充填して作成されかつ、多層スリット部の一体に形成された軸端部の環状のエンドリングからなる２次導体と、 を有する構成において、前記非磁性強度部材の配置が軸方向に対して該積層コアスタック、と環状のエンドリングの間に挟み込まれた位置に配置されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
実施の形態１.
図１は本発明の実施の形態１にかかる誘導同期型リラクタンスモータの回転子の積層の構成を示す斜視図である。１は薄板磁性鋼板５（電磁鋼板）を積層した磁性コアスタック、２は該コアスタックの軸両端部に配置した非磁性の強度部材で、３はアルミニウムなどのダイキャストによって１、２を貫通する２次導体と一体成形されたエンドリングである。また、４は回転子の軸である。誘導同期型リラクタンスモータでは、図１に示すコアスタックが、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子内で回転する。
【００１２】
ここで、コアスタック１を成す薄板の磁性鋼板５の断面図を図２（ａ）に示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図である。図２（ａ）において、７はフラックスバリアとなるスリット、８はスリットの両端部の薄肉部であるスリットブリッジ部である。図２（ａ）に示すように、磁性鋼板５には固定子の極数と同数組の、外周円に対して逆円弧形状の多層スリットを形成し、磁気突極性を形成する。図２（ｂ）中のδで示すスリットブリッジ部の幅は、板厚とほぼ同程度以下にまで薄幅化することにより回転子の突極性を確保し、効率、力率の高い回転子を得ている。
【００１３】
非磁性材強度部材２の断面図を図３に示す。図示するように各多相スリットを分割する補強部を設けるとともにスリットブリッジ部を拡幅化している。したがって遠心力や熱応力に対して強度が増している。具体的な非磁性強度部材としてはオーステナイト系のＳＵＳ例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１などの薄板材を積層して用いる。ＳＵＳ材は一般的な電磁鋼板よりも引っ張りに対して高い強度を有するために、材料面でも強度が増している。また、アルミニウムに比べて熱膨張率が電磁鋼板に近いので、電磁鋼板とのあいだでの熱応力の発生が小さく、アルミニウムの熱変形が電磁鋼板に及ぼす熱応力を吸収することができる。また、ＳＵＳ材の薄板材を積層せずとも一体化したブロックなどで作成しても同様の効果が得られる。
【００１４】
また、非磁性の強度部材２には薄板磁性鋼板５の多層スリットと軸方向に貫通する位置にスリットを設けている。特に内周部の大きな断面積を有するスリットに対してもほぼ同等の面積をもたせているので、薄板磁性鋼板５を積層したコアスタックの軸端に本材料２を挟み込んでダイキャストした場合でも、ダイキャストによるアルミニウムの流動の圧力で強度部材２が破損したり、ダイキャストが不十分で２次導体の形成が不完全になることを防ぐことが出来る。
【００１５】
このように配置した非磁性強度部材２はエンドリング部３が熱膨張した場合でも熱応力に抗してエンドリングを保持するので、薄板磁性鋼板５のスリットブリッジ部が変形することを防ぐことが出来る。また強度部材は非磁性材料であるために軸端に配置しても漏れ磁路を形成することがなく、リラクタンスモータの性能を低下させることがない。特に図１に示すように、回転子内周付近までアルミエンドリング部を設けるとともに、コアスタックのスリット部全てにアルミを充填すると、遠心力に対して強固な構造を得ることが出来る。しかし一方で、エンドリングによって生じる熱応力もこれに応じて増大する。しかしこの場合でもエンドリング部の熱応力を保持する非磁性強度部材２があるために、熱応力を抑制することができる。したがって熱応力、遠心力双方に対しても強度を満足した誘導同期型リラクタンスモータ用の回転子を得ることが出来る。
【００１６】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２にかかる誘導同期型リラクタンスモータの回転子の側面からみた積層の構成を示している。軸端部の構成は、前述の実施の形態１に示す図１と同様である。
【００１７】
本発明では、さらに高速機や大型機などで回転により２次導体が太鼓状に脹らむ場合に対する補強の方法を示す。図４に示すように、軸中央部における非磁性強度部材６を配置する。本強度部材６の断面形状は軸端の非磁性強度部材２と同様であるが、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１などの非磁性薄板材で作成する。そして、非磁性強度部材６を薄板磁性鋼板５と交互に積層して配置する。
【００１８】
軸中央部の非磁性強度部材６を薄板磁性鋼板５と交互に積層して分散配置するのは、非磁性強度部材６に発生する渦電流損を小さくするためである。この際に、磁性コアスタック１を形成する薄板磁性鋼板５の両面に絶縁処理が施された電磁鋼板を用いることにより、絶縁処理が施されていない非磁性強度部材６を間に挟み込んだ場合でも積層による渦電流を薄板磁性鋼板５の絶縁材が防ぐために、固定子スロット高調波などの高調波磁束による渦電流損失を防ぐことができる。
【００１９】
もちろん、図４に示す軸端の非磁性強度部材２と軸中央部の非磁性強度部材６が同一の材料から構成されていても良い。例えば、軸端には図３の断面形状を有する厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４材を６枚積層して厚さ３ｍｍの非磁性強度部材２とし、軸中央部には、強度部材６としておなじく厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４材を薄板磁性鋼板５と交互に４〜５枚挟み込み、積層して作成する。この場合には、同一部材で軸中央部の非磁性強度部材６と軸端部の非磁性強度部材２を得ることが出来るために、部品の共用化が計れ、プレス打ち抜きなどでこれを作成するときには金型の数を減らすことができるために量産性に優れた安価な回転子を得ることが出来る。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項１にかかわる誘導同期型リラクタンスモータによれば、２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子と、該固定子の極数と同数組の逆円弧状の４層以上の多層スリット穴を施し、かつ該多層スリット穴の各層の回転子最外周部において形成されたブリッジ部が細幅化された薄板磁性鋼板を積層して磁気突極性を形成した磁性コアスタックで構成される回転子に該コアスタックの薄板磁性鋼板より拡幅化したブリッジ部を有し、かつ薄板磁性鋼板の各多層スリット部と軸方向に貫通する穴部を有する非磁性強度部材を該積層コアスタックの両端に積層配置した後に、アルミダイキャストによって多層スリット部にアルミを充填するとともに軸端部には環状のエンドリングを同時に一体成形した２次導体を有する手段を設けている。
【００２２】
したがって、エンドリング部の熱応力を非磁性強度部材で保持して、薄板磁性鋼板のスリットブリッジ部の熱応力による破壊を防ぐとともに遠心力に対しては、非磁性強度部材がダイキャストされた２次導体とともに、かご状の補強部材となるために、コアスタックの遠心力による膨張を抑制することができ、堅牢な誘導同期型リラクタンスモータ用の回転子を得ることができる。
【００２４】
また薄板状の非磁性強度部材を絶縁された薄板電磁鋼板と交互に積層しているので、渦電流による損失も抑制することができ、堅牢で損失の少ない誘導同期型リラクタンスモータの回転子を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかわるリラクタンスモータの回転子の構成を示す斜視図である。
【図２】 磁性コアスタック１を形成する薄板磁性鋼板５の断面図である。
【図３】 非磁性強度部材２の断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２にかかわるリラクタンスモータの回転子の構成を示す側面図である
【符号の説明】
１ 磁性コアスタック、２ 非磁性強度部材、３ エンドリング、４ 軸、
５ 薄板磁性鋼板、６ 非磁性強度部材、７ スリット、８ スリットブリッジ部。
Claims (1)
- ２極以上の進行磁界を発生する多相コイル巻線を有する固定子と、
該固定子の極数と同数組の逆円弧状の４層以上の多層スリット穴を施し、かつ該多層スリット穴の各層の回転子最外周部において形成されたブリッジ部が細幅化された薄板磁性鋼板を積層して磁気突極性を形成した磁性コアスタックで構成される回転子と、
該積層コアスタックの両端部に前記磁性コアスタックの薄板磁性鋼板より拡幅化したスリットブリッジ部を有し、かつ薄板磁性鋼板の各多層スリット部と軸方向に貫通する穴部を有する非磁性強度部材を配置し
さらに、アルミダイキャストによって多層スリット部にアルミを充填して作成されかつ、多層スリット部の一体に形成された軸端部の環状のエンドリングからなる２次導体と、 を有する構成において、前記非磁性強度部材の配置が軸方向に対して該積層コアスタック、と環状のエンドリングの間に挟み込まれた位置に配置されていることを特徴とする誘導同期型リラクタンスモータ。
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